【文章內(nèi)容簡介】 從而提高了鋼材的塑性和韌性。但與奧氏體不銹鋼相比, 由于鐵素體相的存在, 使得其塑性和韌性相對較低, 尤其是鐵素體相中易產(chǎn)生δ相、χ相、R相、∏相等脆性相, 如果處理不當(dāng), 會嚴重影響鋼材的塑性和韌性。 加工性能工程上應(yīng)用較多的加工方法有冶煉、鑄造、熱變形加工、冷變形加工、機加工、熱處理、焊接等。1)冶煉。雙相鋼的冶煉比奧氏體或鐵素體鋼的難度大, 控制要求高。目前, 雙相鋼最低要求應(yīng)采用或進行精煉的。2)鑄造?；谂c冶煉同樣的道理, 鑄造難度也大于一般奧氏體和鐵素體鋼材, 而且難度比冶煉更大。除此之外, 由于兩相組織的原因, 在澆鑄時還要采取有效的措施, 以避免比奧氏體鋼更容易出現(xiàn)的鑄造裂紋兩相凝固差別的原因、氣孔加氮的原因等問題。3)熱變形加工。雙相鋼具有的兩相組織使其熱變形加工的難度要遠大于奧氏體不銹鋼。冷變形加工。雙相鋼的冷變形加工的難度要遠大于奧氏體不銹鋼。4)機加工。就常用的工程材料而言, 都不存在較大的加工難度, 雙相鋼也不例外。熱處理。熱處理對雙相鋼性能還有一些特殊影響。①不同的熱處理參數(shù), 可得到不同的相比例, 直接影響鋼材性能②通過熱處理, 可以改變加工過程中的元素分配比例, 改善甚至消除加工過程中次生相帶來的不利影響, 從而影響到鋼材的最終機械性能和耐腐蝕性能等③熱處理過程也會使鋼材產(chǎn)生新的次生相, 也會導(dǎo)致元素在各相中的重新分配。因此, 不恰當(dāng)?shù)臒崽幚頃逛摬牡男阅軔夯钤缦拗齐p相鋼應(yīng)用的主要原因就是焊接問題, 而工程上又往往不可避免焊接過程。雙相鋼焊接的難點就在于其焊接接頭是否仍能獲得與母材相同或相近的兩相組織, 這也是保證焊接接頭是否具有與母材同樣性能(包括力學(xué)性能和耐腐蝕性能)等的關(guān)鍵所在。這里所說的焊接接頭包括焊縫熔合區(qū)、高溫?zé)嵊绊憛^(qū)(HTHAZ)和低溫?zé)嵊绊憛^(qū)(LTHAZ)。1)焊縫熔合區(qū)。該區(qū)域的兩相組織相對容易控制 即通過選擇合適的焊接材料就能做到.2)高溫?zé)嵊绊憛^(qū)。它是指具有約1250℃熔點這一溫度特征的區(qū)域。這一區(qū)域很窄, 卻是其相組織最難控制的一個區(qū)域。因為母材的成分不能因其而有過多的奧氏體形成元素, 而該區(qū)域的溫度特征又使其高溫鐵素體在冷卻過程中部分得不到向奧氏體轉(zhuǎn)化。應(yīng)采用較大的焊接線量,使焊縫冷卻速度降低, 使高溫鐵素體有一定的時間向奧氏體轉(zhuǎn)化, 從而使相組織均衡。3)低溫?zé)嵊绊憛^(qū)。由于該區(qū)域的溫度較低,不足以引起基本相的變化, 但可能會發(fā)生二次相的產(chǎn)生。因此, 采用合適的焊接線量并控制層間溫度是防止低溫?zé)嵊绊憛^(qū)性能變壞的主要手段。值得一提的是, 雙相鋼一般不進行焊后熱處理雙相不銹鋼的焊接性兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點，并減少了其各自的不足之處。1) 熱裂紋的敏感性比奧氏體鋼小得多。2) 冷裂紋的敏感性比一般低合金高強鋼也小得多。3) 雙相不銹鋼焊接時主要問題不在焊縫，而在熱影響區(qū)，因為在焊接熱循環(huán)作用下，熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài)， 冷卻后總是保留更多的鐵素體，從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋（脆化）的敏感性。4) 雙相不銹鋼焊接接頭有析出%相脆化的可能，δ相是Cr和Fe的金屬間化合物，不同鋼種形成δ相的溫度不同， 如00Cr18Ni5Mo3Si2 。形成%δ相需經(jīng)一定的時間，一般12 min萌生12 minδ相增多并長大，因此，焊接時應(yīng)采用小熱輸入，快速冷卻，消應(yīng)力處理時應(yīng)采用較低的溫度。 5) 雙相不銹鋼含有50%的鐵素體， ，但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感，相，使雙相鋼發(fā)生脆化，由于α，相析出時間較長，故對一般焊接影響不大。雙相不銹鋼的焊接件，由于工藝不當(dāng)，一旦產(chǎn)生δ相或析出α，則可采用固溶處理使之消除。雙相不銹鋼的擴散氫含量不及奧氏體不銹鋼，因此焊材中或周圍環(huán)境中氫的質(zhì)量濃度較高時，則會在焊接雙相不銹鋼時出現(xiàn)氫致裂紋和脆化。1）SAF2205雙相鋼的δ相脆化 在FeCr二元合金中，δ相中含Cr約為25%，形成溫度為520820℃，有很多合金元素可置換δ相中的Fe和Cr原子，從而使δ相生成于穩(wěn)定的溫度區(qū)間和幾率增大。δ相析出主要在相中進行，如果δ相含有較多的Mo時，即可提高δ穩(wěn)定存在溫度區(qū)，又能加速δ相的析出過程。高鉻雙相不銹鋼容易產(chǎn)生δ相脆化現(xiàn)象。表31 內(nèi)容2205雙相鋼及2507等超級雙相鋼00Cr25Ni7Mo3CuN等固溶處理溫度/。C104010251100在空氣中加熱起皮溫度/。C10001000δ相形成溫度/。C60010006001000。C3005253005252）焊接接頭的氫脆和氫致裂紋 雙相不銹鋼凝固結(jié)晶為單相鐵素體，但是一般的拘束條件下，焊縫金屬的熱裂紋很小。當(dāng)δ/γ適當(dāng)時，冷裂紋敏感性也較低，但雙相不銹鋼中畢竟含有較高的δ相，當(dāng)拘束度較大及焊縫金屬含氫量較高時，還存在氫致裂紋的危險。通過對模擬焊接熱影響區(qū)的試棒研究了雙相不銹鋼的氫脆與顯微組織之間的關(guān)系，并采用斷裂應(yīng)變評定了氫脆敏感性，結(jié)果表明氫脆主要發(fā)生于δ相，而且氫脆的敏感性隨峰值溫度的升高而增加。3）焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂 從雙相不銹鋼應(yīng)力與斷裂時間的延遲破壞之間的關(guān)系可知，母材的臨界應(yīng)力達到破壞應(yīng)力的90%，氫脆應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性很低，焊縫金屬的臨界應(yīng)力為破壞應(yīng)力的70%，%，因此焊接接頭容易產(chǎn)生腐蝕開裂。4）焊接接頭的點蝕 由于冷卻速度對點蝕點位的影響較為顯著，因此，同樣的含N量在冷卻速度不同的條件下點蝕電位相差很大。由此可見，含N量較低的雙相不銹鋼的點蝕電位對冷卻速度很敏感，在焊接含N量較低的雙相不銹鋼時對冷卻速度的控制要求更嚴。4 2205雙相鋼的焊接工藝為了取得良好的焊接質(zhì)量, 焊接人員應(yīng)掌握雙相鋼的焊接特點和注意事項,另外從腐蝕的角度來看, 焊接接頭總是不銹鋼結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié),實際上管道最終的耐蝕水平是由焊工決定的,為了盡可能的取得良好的結(jié)果,焊接操作過程應(yīng)當(dāng)遵守一些基本規(guī)則?？偨Y(jié)出的SAF2205 DSS一些關(guān)鍵技術(shù)如下。1)焊前準備 采用機加工制備試板坡口，用不銹鋼專用砂輪片打磨坡口及坡口兩側(cè)各30mm范圍，并用丙酮清洗，以除去氧化膜、油污。2) 焊接方法 一般的焊接方法, 如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護焊埋弧焊等, 都可用于雙相不銹鋼的焊接。焊條電弧焊時最常用的焊接工藝方法，其特點靈活方便，并可實現(xiàn)全位置焊接，因此焊條電弧焊時焊接修復(fù)的常用工藝方法。鎢極氬弧焊的特點時焊接質(zhì)量優(yōu)良，自動化的焊接效率也較高，因此廣泛用于管道的封底焊縫及薄壁管道的焊接。鎢極氬弧焊的保護氣體通常采用純Ar，當(dāng)進行管道封底焊時，應(yīng)采用Ar+2%N2 或Ar+5%N2保護氣體，同時還應(yīng)采用純Ar或高純N進行焊縫背面保護，以防止根部焊道的鐵素體化。熔化極氣體保護焊的特點時較高的熔敷效率，即可采用較靈活的半自動焊，也可實現(xiàn)自動焊。 3) 焊材的選擇 對于焊條電弧焊，根據(jù)耐腐蝕性，接頭韌性的要求即焊接位置，可選用酸性或堿性焊條。采用酸性焊條時，脫渣優(yōu)良，焊縫光滑，接頭成形美觀，但是焊縫金屬的沖擊韌性較低，于此同時，為了防止焊接氣孔及焊接氫致裂紋需嚴格控制焊條中的含氫量。當(dāng)要求焊縫金屬具有較高的沖擊韌度，并需進行全位置焊接時，應(yīng)采用堿性焊條。另外，在根部封底焊時，通常采用堿性焊條，當(dāng)對焊縫金屬的耐腐蝕性能有特殊要求時，還應(yīng)采用超級雙相鋼成分的堿性焊條。對于實芯氣體保護焊焊絲，在保證焊接金屬具有良好的耐腐蝕性與力學(xué)性能的同時，還應(yīng)注意其焊接工藝性能。對于藥芯焊絲，當(dāng)要求焊縫光滑，接頭成形美觀時，可采用金紅石型或鈦鈣型藥芯焊絲。當(dāng)要求較高的沖擊韌度或在較大的拘束條件下焊接時，宜采用堿度較高的藥芯焊絲。對于埋弧焊焊絲，宜采用直徑較小的焊絲，實現(xiàn)中小焊接規(guī)范下的多層多道焊，以防止焊接熱影響區(qū)的脆化，與此同時，應(yīng)采用配套的堿性焊劑，以防止焊接氫致裂紋。焊接材料要選用比母材含鎳量高的雙相鋼焊材, 確保焊縫中奧氏體相占優(yōu)勢,焊縫鐵素體含量控制在30%～45%為宜。4) 焊接工藝參數(shù)的選擇 焊接線能量太大或太小都不好, ～ kJ/cm范圍,其具體大小要根據(jù)焊件厚度選擇。一般焊接時不需要預(yù)熱, 但焊件壁厚過大或環(huán)境溫度過低時, 為防止冷速過快造成焊縫和熱影響區(qū)鐵素體含量過高, 必要時要采取預(yù)熱措施。為避免冷卻速度過低而引起析出相的產(chǎn)生, 多層/多道焊的層間溫度要控制。5) 焊接熔池及背面的保護 氣體保護焊時保護氣體中加氮可以提高焊縫的耐蝕性。有效的背面氣體保護是保證焊接質(zhì)量的前提, 保護氣體的純度應(yīng)滿足工藝要求, 應(yīng)采取有效的背面保護工裝,開始焊接時要對焊縫背面的氧含量進行檢測, 滿足工藝要求后才能開始焊接。6) 定位焊縫 定位焊縫焊接時,如果長度過短,焊接未建立起平衡過程即結(jié)束,焊縫冷卻會很快,可能導(dǎo)致鐵素體含量過高、低韌性并因氮化物析出而降低耐腐蝕性能。因此, 如采用定位焊,對定位焊縫的最短長度應(yīng)進行規(guī)定, 且應(yīng)采用較大熱輸入規(guī)范參數(shù)。 7) 焊接過程材料的保護 材料表面的弧擊和起弧, 是一個瞬間的高溫過程, 冷卻速度很快,表面顯微組織中鐵素體含量很高, 這種組織對裂紋和腐蝕很敏感, 應(yīng)盡力避免, 如果產(chǎn)生必須用細砂輪打磨去除。現(xiàn)場焊接過程中材料的保護非常重要, 應(yīng)避免碳鋼、銅、低熔點金屬或其它雜質(zhì)對不銹鋼的污染, 可能情況下, 不銹鋼和碳鋼管應(yīng)分開存放和焊接。焊接和切割過程中應(yīng)采取措施防止飛濺、弧擊、滲碳、局部過熱等。5 焊接工藝評定 SAF2205 雙相不銹鋼管焊接工藝指導(dǎo)書SAF2205 雙相不銹鋼管焊接工藝指導(dǎo)書單位名稱 河南機電高等?？茖W(xué)校 焊接工藝指導(dǎo)書編號 GY001 日期 4月22日 焊接工藝評定報告編號 PD001焊接方法 手工TIG焊